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Zentrum für Modellierung und Simulation

 

 

Modellierung und Simulation gehören zu den über die Jahre perfektionierten und kontinuierlich weiterentwickelten Kernkompetenzen des ZISS. Die vorhandene Expertise reicht weit über die Anwendung von etablierten proprietären Softwarepaketen wie COMSOL® und ANSYS® hinaus und umfasst den kompletten Bereich von analytischer über semi-analytische/numerische Modellierung bis hin zu selbstgeschriebenen computernumerischen Simulationsalgorithmen.
 

Als Querschnittsthema sind Modellierung und Simulation integraler Bestandteil aller am Institut durchgeführten Forschungsarbeiten. Diese umfassen

 

  • Multiphysiksimulationen, bei denen die Wechselwirkung verschiedener Energiedomänen berücksichtig werden
  • Multiskalensimulationen, wie etwa die Untersuchung, inwiefern Nanoeffekte bei der Entwicklung von Mikrosensoren eingesetzt werden können
  • unterschiedliche Abstraktionslevel, um das Zusammenspiel von physikalischer Ebene mit der Bauteil-, System- und sogar Netzwerkebene zu erforschen
  • verschiedenartige Simulationstechnologien, wie analytische und semi-analytische Ansätze, Finite Elemente Methoden, Randelementmethoden, und auch Schaltungs- und Netzwerksimulationen mit SPICE® und OMNET®.

 

Diese Methoden werden bei der Entwicklung und Optimierung von Sensoren und Aktuatoren, bei Design und Charakterisierung von funktionalen Materialien, bei der modellbasierten Messdatenauswertung, sowie bei System- und Netzwerksimulationen eingesetzt. Anwendungsbeispiele für die obig angeführten Punkte sind
 

  • die Berücksichtigung von unterschiedlichen physikalischen Bereichen. Hierbei werden etwa Elektromagnetismus, Fluid- und Strömungsmechanik, Strukturmechanik und Wärmetransfer, die in komplizierter Weise miteinander interagieren können, in eine integrierte Simulationsumgebung effizient eingebunden. Dadurch lässt sich beispielsweise die Interaktion von Fluidströmungen mit der Sensorstruktur in Strömungssensoren oder in mikrofluidischen Chips simulieren.
  • mesoskopische Simulationen. Diese gestatten den Einfluss der Nano- und Mikrostruktur auf die Eigenschaften von funktionalen Materialien zu erforschen, die dann als Fundament für maßgeschneiderte Sensorkomponenten mit herausragenden Eigenschaften dienen.
  • Nano-, Mikro- und Milliskalensimulationen zur mathematischen Analyse der Wechselwirkung verschiedener Transducerelemente und der Berechnung der Systemantwort der gesamten Sensoreinheit.
  • hochgenaue Oszillatormodelle zur Analyse der maximal erreichbaren Genauigkeit der Zeitbasis in verteilten Uhrensystemen.
  • umfassende Netzwerkmodelle basierend auf statistischen Modellen zur Analyse der Fehlertoleranz und der Optimierung von großen Systemen in Industriebetrieben oder überregionalen, intelligenten Stromnetzen.


Analytische und numerische Modellierung unterscheiden sich in der Verarbeitung der beschreibenden Gleichungen. Während die erste Methode exakte Lösungen anstrebt, zielt letztere auf Näherungslösungen der diskretisierten Systemgleichungen ab.
 

Leitung:

 

Fluidbewegung
Foto: ZISS
Materialstruktur
Foto: ZISS